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[논문자료]기포유동층 반응기를 이용한 바이오매스 급속열분해 공정의 최적화 연구

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by suflux 2020. 12. 24. 11:04

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출처: 픽사베이

 

기포유동층 반응기를 이용한 바이오매스 급속열분해 공정의 최적화 연구

바이오매스는 재생가능하고 친환경적인 에너지 자원으로, 최근에 들어 화석연료 고갈 우려에 따른 대체 에너지의 개발이 요구되고 이산화탄소와 같은 온실가스를 증가시키지 않는 친환경자원이라는 점에서 주목받고 있다. 하지만, 국내의 바이오매스 자원화 기술에 대한 연구는 미흡한 실정으로 많은 연구가 필요하다. 본 연구에서는 급속열분해 공정 중 하나인 기포 유동층 반응기를 이용하여 바이오매스로부터 열분해 생성물을 회수하고, 각 생성물의 수율 및 조성을 파악하여 열분해 메카니즘을 이해하고, 고가의 화학물질을 생산하기 위한 최적의 운전조건을 도출하고자 한다. 바이오매스 시료의 화학적 조성을 파악하여 시료의 특성을 파악하고, 유동층 열분해의 영향인자인 온도, 유속(U0/Umf), 층높이(L/D), 시료 입자크기(Ps)를 변수로 하여 열분해 실험을 수행하였다. 열분해에 의해 생산된 기상ㆍ액상ㆍ고상 시료는 회수하여 수율을 측정하였고, 화학적 조성을 관찰하기 위하여 수분 분석, 정성ㆍ정량분석을 수행하였다. 기상 생성물은 가스크로마토그래피-열전도도 검출기와 불꽃이온화 검출기를 이용하여 정성ㆍ정량 분석하여 조성변화를 관찰하였다. 액상 생성물의 경우 가스크로마토그래피 질량분석기를 사용하여 정성한 후 불꽃이온화 검출기를 이용하여 정량하여 조성변화를 관찰하였다. 분석 결과를 바탕으로 오일 회수를 위한 최적 운전 조건을 결정하고 운전인자가 생성물의 수율 및 조성에 미치는 영향을 알아보았다. 실험 결과 온도 400℃, 유속(U0/Umf) 3.0, 층높이(L/D) 4.0, 시료 입자크기(Ps) 0.733㎜의 조건에서 최대 57.7wt%의 오일 수율을 얻을 수 있었다. 바이오오일은 평균 pH 2.67로 산성을 띠었고, 화학적 조성은 유기산, carbohydrate류, 퓨란류, 페놀류, 구아이아콜류, 시린골류 화합물이었다. 이 중 고가의 화합물로 알려진 카테콜, 구아이아콜, 시린골, 레보글루코산 등이 함유되어 있었다. 동일한 실험조건에서 상수리나무와 낙엽송을 열분해한 결과, 낙엽송이 상수리나무에 비해 리그닌 함량이 높지만 최적온도는 큰 차이를 보이지 않았다. 각 공정변수의 최적조건에서 가스 수율과 함수량이 가장 낮게 나타났으며, 구아이아콜류, 시린골류 화합물의 농도가 가장 높았다. 이는 최적조건 이외의 조건에서는 열분해 속도가 감소하여 2차 열분해 반응이 일어나, 구아이아콜류, 시린골류 화합물이 분해 되어 페놀류 화합물로 전환되기 때문으로 사료된다. 온도, 유속(U0/Umf), 층높이(L/D), 시료입자크기(Ps)의 운전변수 중 온도가 열분해 생성물의 수율 및 조성의 변화가 커, 온도가 가장 중요한 영향인자라고 판단된다.

출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=DIKO0010350700

 

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기포유동층 반응기를 이용한 바이오매스 급속열분해 공정의 최적화 연구

바이오매스는 재생가능하고 친환경적인 에너지 자원으로, 최근에 들어 화석연료 고갈 우려에 따른 대체 에너지의 개발이 요구되고 이산화탄소와 같은 온실가스를 증가시키지 않는 친환경자원

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